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Probleme mit kostenoptimierten Embedded-Display-Systemen

04. Februar 2021, 11:20 Uhr   |  Karlheinz Blankenbach


Fortsetzung des Artikels von Teil 2 .

Neun typische Fehler

Solche und ähnliche Fälle sind keine Seltenheit. Die folgenden Beispiele geben die Erfahrungen mehrerer Displayspezialisten exemplarisch wieder:

1. Stromversorgung
Oft ist das Power-Sequencing vom Hersteller nur unzureichend beschrieben. Werden auf dieser Basis Veränderungen am Display vorgenommen, führt das meist zu Fehlern. Eine mögliche, noch als harmlos anzusehende Folge ist, dass das Backlight schon »schimmert« aber noch keine Inhalte erscheinen. Schwerwiegender ist das Auftreten von unzulässigen Spannungsdifferenzen innerhalb eines ICs, die als Latch-up-Effekt zu Ausfällen im Feld führen.

2. VCOM
VCOM wird bei LCDs oft über einen externen Trimmer eingestellt, der dann aber nicht mit Lack etc. fixiert wird und sich so verstellen kann. Das ist übrigens auch ein häufiger Stolperstein im Service, da man die Bildwiedergabe beeinflussen kann.

3. Backlight
Die Helligkeitssteuerung des Backlights erfolgt bei LCDs über PWM. Deren Frequenz muss aber auf die Bildwiederholrate des Panels angepasst sein, sonst können sichtbare Streifen durch das Bild laufen (Wasserfalleffekt).

4. TCON
Viele Displays mit Auflösung im Bereich VGA bis XGA arbeiten mit einem hochintegrierten Timing Controller (TCON). Dessen Parameter müssen per I2C eingestellt werden. Bei preiswerten LCDs ist die Dokumentation dazu nur rudimentär. Die nötige Registeränderungen, z.B. die Gamma-Spannungen, für wechselnde Betriebstemperaturen müssen kostspielig in Eigenregie vorgenommen werden. Es gab auch schon Fälle, bei denen der I2C-Anschluß unbelegt blieb und das Display trotzdem aus Zufall funktionierte. Das funktionierte bei der nächsten Display-Lieferung nicht mehr und ein teures Hard- und Software-Redesign wurde notwendig.

5. Wärmemanagement
Es gibt Vergilbung von Displays durch zu hohe Betriebstemperaturen oder als Folge von übermäßiger Erwärmung durch Sonneneinstrahlung. Um letzteres zu verhindern, muss ein UV-Filter im Deckglas vorgesehen werden. Der Aufpreis beträgt zwar nur wenige US-Dollar, aber auch die haben schon manche Anbieter vergeblich gespart.

Durch Sonneneinstrahlung überhitztes E-Signage-Display.
© K. Blankenbach

Bild 1. Der schwarze Bildbereich entsteht durch Übertemperatur, bei der die Flüssigkristalle ihre optischen Eigenschaften verändern (Klärpunkt). In diesem Fall reichte dafür Sonneneinstrahlung aus, die kurzzeitig vollflächig auf das Display fiel.

6. Mechanik
Viele kleinere und vor allem preisgünstige Displays werden ohne Schraubanschlüsse gefertigt. Die nötigen Maßnahmen für Befestigung und Abdichtung müssen vom Anwender übernommen werden. Setzt man ein Display ohne Touch ein, muss es robust gegen Stöße und Druck sein. Dafür sollte nicht das dünnste Deckglas verwendet werden.

7. Korrosion
Korrosion des Displays durch Feuchtigkeit und Gase führt zum schleichenden Ausfall. Hier ist die Fehlersuche meist einfacher als die Fehlerbeseitigung.

8. Zweckentfremdung
Für das E-Signage werden veredelte TV-LCDs entwickelt. Veredelt bedeutet,
dass sie auf professionelle Anwendungen umgerüstet wurden. Sie liegen preislich selbst bei 55" noch über 1.000 €. Da ist die Versuchung groß, ein nicht
veredeltes TV-Panel zu nutzen, denn UHD-Auflösung gibt es hier schon für ca. 300 € inklusive Mehrwertsteuer! Diese CE-Displays sind aber nicht für den Dauerbetrieb ausgelegt und das Wärmemanagement wurde für die Nutzung im Querformat konzipiert – E-Signage-Displays werden aber im Hochformat betrieben. Die Wärmequellen sind entsprechend dem Temperaturgradienten kaminartig zur bestmöglichen Ausnutzung der Konvektion angeordnet und das funktioniert im Hochformat nicht mehr. An den heißen Stellen kann die Temperatur bis zum Klärpunkt klettern, was durch schwarze oder weiße Flecken sichtbar wird. Ein Beispiel dafür ist in Bild 1 zu sehen.

9. Modetrends
Obsoleszenz betrifft bei Displays nicht nur Bauteilabkündigungen, sondern auch – analog zur Mode – optische Eigenschaften. Zum Beispiel geht der Trend zu höheren Auflösungen und Touch, anstelle von mechanischen Bedientasten. Auch Industriekunden wollen diesen Trends der CE-Welt folgen.

Diese Liste ließe sich noch lange weiterführen. All diese Beispiele zeigen, dass kostenbewusstes Design-in und Beschaffen von Displays nicht ohne Fachwissen auskommen. Es muss entweder von Fachkräften im eigenen Unternehmen stammen oder vom Know-how, das vom Display-Hersteller schon ins Panel geflossen ist. Ein etwas höherer Preis ist unumgänglich und auf Dauer auch günstiger. Leider sieht man verdeckte Kostentreiber wie einen erhöhten Entwicklungsaufwand oder Feldausfälle oft erst auf den zweiten Blick. Es gilt, nicht nur auf den Einkaufspreis, sondern auf die Total Cost of Ownership (TCO) zu achten, um nicht nur im Display-Geschäft profitabel zu agieren.

Der Autor

Prof. Dr. Karlheinz Blankenbach, Professor an der Hochschule Pforzheim, wird das DFF als Ehrenvorsitzender weiterhin unterstützen.
© Hochschule Pforzheim

Prof. Dr. Karlheinz Blankenbach, Professor an der Hochschule Pforzheim.

Karlheinz Blankenbach ist promovierter Physiker und wurde 1995 als Professor an die Hochschule Pforzheim berufen mit Forschungsschwerpunkt auf elektronischen Displays. Er ist Vorsitzender im Konferenzbeirat der electronic displays Conference auf der Fachmesse Embedded World, Autor zahlreicher Veröffentlichungen in einschlägigen Fachpublikationen und Ehrenvorsitzender des Deutschen Flachdisplay-Forums (DFF).

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1. Probleme mit kostenoptimierten Embedded-Display-Systemen
2. Lieferkette und Preisdruck
3. Neun typische Fehler

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